Адаптивные системы комплексного применения удобрений и других средств интенсификации возделывания зерновых культур

Научные основы оптимизации доз удобрений под зерновые культуры

Современные технологии возделывания зерновых колосовых культур предусматривают применение повышенных доз удобрений, особенно азотных, более интенсивное использование средств защиты растений, физиологически активных препаратов и регуляторов роста. Применение и стоимость средств химизации с каждым годом возрастают, увеличивается себестоимость продукции. Поэтому все большее значение приобретает совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе и применения удобрений, сохранение и повышение плодородия почв.

Отдавая должное роли удобрений в повышении плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур и, тем самым, улучшении кормовой базы животноводства, продовольственной безопасности и в целом экономики агропромышленного комплекса, Программой мероприятий ... [53] планировалось объемы применения минеральных удобрений довести до 1931 тыс. т действующего вещества, в том числе азотных - до 767, фосфорных - 316 и калийных - 848 тыс. т. В расчете на 1 га пашни это составляет более 300 кг NPK. В связи с чем вопрос повышения эффективности применяемых удобрений и использования выделяемых финансовых средств имеет большое народнохозяйственное значение.

В настоящее время почвы агроторфяных комплексов даже в пределах одного сельхозпредприятия по отдельным полям различаются по запасам доступных растениям соединений азота, фосфатов и калия в 3-4 раза и более.

Исследованиями академика Т. Н. Кулаковской и многими другими учеными Беларуси было доказано, что дифференцированное внесение по полям доз азотных, фосфорных и калийных удобрений, с учетом содержания доступных растениям соединений этих элементов в почве, обеспечивает повышение их эффективности в среднем на 15 % [25, 26, 33, 63, 78 и др.].

Как и в развитых в сельскохозяйственном отношении странах Западной Европы, система применения удобрений в Беларуси строится таким образом, чтобы компенсировать вынос элементов питания с урожаем и обеспечить сохранение и повышение плодородия почв [1, 8, 37 и др.]. Как следствие, по отдельным полям расчетные оптимальные дозы удобрений в рекомендациях для производства могут превышать вынос элементов питания с урожаем, например зерновых, в 1,5-2 раза.

За последние годы по проблеме рационального использования удобрений проведен ряд фундаментальных исследований [6, 12, 15, 16, 36, 45, 54-56, 62, 63 и др.]. Анализ результатов этих исследований, полученных на дерново-подзолистых почвах как в Беларуси, так и в соседних странах, показывает, что внесение фосфорных и калийных удобрений в дозах, превышающих вынос урожаем иа 15-20 % и более, не обеспечивает достоверных прибавок урожая и/или не покрывает затраты на их применение. Дополнительно внесенные фосфорные и калийные удобрения в почве трансформируются в различной прочности связи и доступности растениям соединения, а калий также на легких почвах мигрирует за пределы корнеобитаемого слоя почвы. Коэффициент использования внесенных фосфорных удобрений в первый год чаще всего не превышает 15-20 %, а за севооборот - 30-40 %. Накопление фосфатов в дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах происходит преимущественно за счет фосфатов алюминия и железа и высокоосновных фосфатов кальция и магния, а в песчаных - с алюминия. Эти формы фосфатов хотя и растворимы в 0,2 М НС1 (метод, используемый в Агрохимической службе Беларуси в качестве стандартного), однако существенного практического значения не имеют, так как слабо доступны растениям. Это подтверждается и многочисленными результатами опытов, которые показывают, что коэффициент использования фосфатов почвы, растворимых в 0,2 М НО, составляет 3-6 %. Коэффициент использования подвижных форм калия почвы также невысокий - чаще всего до 12 %.

Не умаляя приоритетной значимости почвенного плодородия в земледелии страны, в связи с вышеизложенным, а также с высокой стоимостью удобрений (цена по состоянию на 01.05.2014 г. 1 т Р₉О₅ - около 1235 долларов США), по нашему мнению, целесообразно пересмотреть сложившийся принцип применения фосфорных и калийных удобрений. Система применения минеральных удобрений в стране может быть построена таким образом, чтобы компенсировать вынос элементов питания с урожаем, обеспечивать сохранение плодородия высокоокультуренных и минимальное повышение запасов в почвах фосфора и калия с низким и средним их содержанием. Такой подход в применении удобрений в странах Западной Европы в настоящее время находит все большее распространение.

Среди техногенных факторов интенсификации земледелия по своему воздействию на урожайность и качество растениеводческой продукции, минерализацию ОВ почвы, окружающую среду особое место занимают азотные удобрения, иа которые приходится до 80-90 % от общей прибавки урожая от минеральных удобрений. Поэтому ежегодное применение азотных удобрений, по расчетам Института почвоведения и агрохимии НАН Беларуси, в ближайшие годы должно достигнуть более 767 тыс. т действующего вещества, стоимость которых в ценах 2014 г. составляет более 550 млн долларов США. Учитывая большое разнообразие почвенных (по уровню окультуренности, увлажнению и гранулометрическому составу) и погодных условий, высокую интенсивность трансформации соединений азота и неритмичность в потреблении его в тече ние вегетации растениями, используемая в земледелии Беларуси система применения азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры должна основываться на результатах почвенной и растительной диагностики. Такая система применения азотных удобрений обеспечивает повышение урожайности сельскохозяйственных культур, например зерновых, на 5-12 ц/га и более, снижение минерализации ОВ почвы и потерь азота удобрений и почвы в виде нитратов и газообразных соединений - в 2-3 раза и более. При этом снижается себестоимость продукции и загрязнение окружающей среды азотистыми соединениями, повышается устойчивость зерновых к полеганию и поражению болезнями, улучшается качество продукции, сохраняется плодородие почв.

Разработка нормативов ресурсосберегающей экологически безопасной системы удобрений особенно актуальна для условий антропогенно-преобразованных торфяных почв, на которых подобные исследования не проводились. Результаты наших многолетних исследований на торфяно-минеральных почвах с ячменем, яровым и озимым тритикале (характеристика почвенных условий и сорта культур приведены выше), представленные в наших работах [2-4, 14, 59, 60, 64, 68, 74, 76-78, 82, 87-90, 91, 96-103, 105] и в табл. 1.12-1.15 показывают, что уровень урожайности зерновых культур и эффективность удобрений в значительной степени зависят от уровня их доз и погодных условий вегетации растений. В варианте без внесения удобрений за счет почвенного плодородия урожайность ячменя и озимого тритикале по годам различается в 1,5-2 раза и в среднем составляет 33,7-35,4 ц/га.

Таблица 1.12. Влияние доз и сочетаний азотных, фосфорных и калийных удобрении на урожайность ячменя, ц/га

На почвах низкой обеспеченности доступными для растений соединениям фосфатов и средней по калию получена достаточно высокая прибавка урожайности зерновых культур от применения фосфорных и калийных удобрений. Однако увеличение доз этих видов удобрений до Р₁₂оК_16О не эффективно, так как урожайность повышается только в пределах ошибки опыта. Наиболее высокая средняя за ряд лет урожайность ячменя - 55,7 ц/га и озимого тритикале - 48,9 ц/га и окупаемость удобрений прибавкой урожая получены при внесении средних доз удобрений на уровне N₉₀P₈₀K_p0

Таблица 1.13. Влияние доз и сочетаний азотных, фосфорных и калийных удобрений на урожайность озимого тритикале, ц/га

В современных технологиях возделывания зерновых колосовых культур предусматривается комплексное применение средств интенсификации форми-рованияих урожайности. Для стабилизации получения высокой урожайности зерновых культур по годам, снижения потерь от полегания и болезней листового аппарата, повышения содержания белка в зерне наряду с основным внесением удобрений применяют азотные подкормки, ретарданты, фунгициды, медьсодержащие препараты, физиологически активные вещества.

Приведенные в табл. 1.14, 1.15 результаты многолетних исследований показывают, что азотные подкормки, проведенные в фазы начала трубкования и флагового листа, повышают урожайность ячменя на 2,5 и 3,8 ц/га соответственно. Применение физиологически активных веществ (эпина), ретарданта (терпал Ц), сульфата меди и фунгицида как в среднем за 5 лет, так и в сравнительно более благоприятные по погодным условиям годы существенно повышают урожайность ячменя. При этом средняя прибавка урожайности, полученная от эпина, ретарданта и сульфата меди за все годы исследований выше, чем в более благоприятные по погодным условиям годы. В то же время эффективность фунгицида была выше в более благоприятные годы (прибавка -5,6 и 3,7 ц/га соответственно).

Таблица 1.14. Влияние способов применения азотных удобрений, сульфата меди, ретарданта, физиологически активных веществ и фунгицида на урожайность ячменя, ц/га

’Азотные удобрения применялись: N^z - ранневесенняя подкормка; N - в фазу начала трубкования; N - флагового листа.

**Си, эпин и регулятор роста (Р Р) - в фазу начала трубкования растений.

Таблица 1.15. Влияние применения азотной подкормки, регуляторов роста, ретардантов, фунгицида и сульфата меди на урожайность озимого тритикале, ц/га

’Азотные удобрения применялись: N' - ранневесенняя подкормка; N - в фазу начала трубкования; N'" - флагового листа.

’’Прибавка от Си, опина, регулятора роста, фунгицида.

Следует отметить, что во всех опытах с ячменем посевы были низкорослыми, высота растений колебалась в пределах 56-67 см, поэтому соотношение солома/зерно - узкое и близко к единице. Таким образом, за счет комплексного применения средств химизации и регуляторов роста (P₈₍₎K].,₍₎N₆₀₊₃₀ + Си + РР + эпин + фунгицид) можно получать устойчивую урожайность ячменя на антропогенно-преобразованных торфяных почвах на уровне 60-65 ц/га и более. Однако при значительной и продолжительной отрицательной температуре почвы, а также существенном дефиците влажности урожайность ячменя на этих почвах при всех возможных вариантах комплексного применения средств интенсификации его возделывания снижается на 40-45 % и более.

Важное значение в повышении и стабилизации урожайности озимого тритикале по годам имеет комплексное применение удобрений, микроэлементов, физиологически активных веществ, ретардантов и фунгицидов. Комплексное применение средств химизации в большей степени стабилизирует получение более высокой урожайности, прежде всего при неблагоприятных и наиболее благоприятных погодных условиях.

Обработка посевов озимого тритикале сульфатом меди способствовала повышению урожайности зерна в среднем за 4 года по сравнению с фоновым вариантом на 3,0 ц/га. При этом в более благоприятные погодные условия (2008 г.) урожайность достигла уровня 67,2 ц/га, а в неблагоприятные (2007 г.) -35,5 ц/га, прибавка составила 2,1 и 6,1 ц/га соответственно.

Действие регулятора роста растений эпина также было эффективным. Под его влиянием урожайность зерна озимого тритикале в среднем за 4 года возросла по сравнению с фоном (Р₈₀К₁₂₀ + N₆₀ + N"₃₀) на 3,6 ц/га и составила 52,2 ц/га.

Применение ретарданта способствовало повышению урожайности озимого тритикале при неблагоприятных погодных условиях до 38,0, ц/га, а при благоприятных - 70,7 ц/га, а в среднем - 54,7 ц/га. Прибавка урожайности от применения ретарданта в среднем за 4 года составила 6,1 ц/га, при более благоприятных погодных условиях (2008 г.) - 5,6 ц/га, а при неблагоприятных (2007 г.) -8,6 ц/га, т. е. при неблагоприятных погодных условиях эффективность ретарданта выше. При совместном внесении сульфата меди, эпина и терпала урожайность зерна составила 53,6 ц/га, что выше по сравнению с фоновым вариантом на 5,0 ц/га. Прибавка урожайности от применения фунгицида в среднем за 4 года составила 4,3 ц/га, при более благоприятных погодных условиях (2008 г.) - 3,7 ц/га, а при неблагоприятных (2007 г.) - 4,4 ц/га.

Наиболее высокая урожайность зерна за 4 года получена при дробном внесении азотных удобрений совместно с ретардантом и фунгицидом, которые в благоприятный по погодным условиям период вегетации обеспечивали формирование урожайности на уровне 78,3 ц/га и получение прибавки к фону от 2 до 13,0 ц/га.

Установленная эффективность применения удобрений на посевах зерновых культур характерна для почв опытных участков, характеризующихся низкой обеспеченностью доступных растениям соединений азота, фосфора и средней -калия. Как отмечалось выше, результаты агрохимического обследования показали, что содержание минеральных соединений азота, подвижного фосфора и калия в антропогенно-преобразованных торфяных почвах по полям даже в одном сельхозпредприятии (ПОСМЗиЛ) различается в 3-5 раз. Известно, что урожайность культур формируется за счет поглощения элементов питания из двух источников - почвы и удобрений пропорционально наличию их в почве в доступной форме. Поэтому установленные оптимальные дозы удобрений в опыте для применения под зерновые культуры на других полях нуждаются в корректировке. В связи с чем объективная оценка почвенных запасов доступных растениям соединений элементов питания имеет особое значение для эффективного использования удобрений.

В Беларуси для оценки обеспеченности антропогенно-преобразованных торфяных почв подвижными соединениями фосфора и калия и расчета доз удобрений используются методы, разработанные для минеральных или торфяных почв (0,2 М НС1 при соотношении почва:экстрагент - 1:5 или 1:50). Определение содержания доступных растениям соединений азота в почвах и корректировка доз азотных удобрений с учетом содержания азота в них не проводится. Учитывая это, были разработаны методы определения содержания и оценки обеспеченности антропогенно-преобразованных торфяных почв доступными для растений соединениями азота, фосфатов и калия [81]. Степень доступности этих соединений элементов питания из почвы примерно такая же, как и из минеральных удобрений. Это позволяет более обьективно оценивать эффективное плодородие почв и более точно определять эффективные дозы удобрений. Метод проведения почвенной диагностики изложен в прил. 1. Уровень обеспеченности почв исследуемого конкретного поля элементами питания и потребность в дополнительном внесении удобрений определяются путем сопоставления полученных данных анализа почв с градациями (табл. 1.16).

Таблица 1.16. Градации обеспеченности почв доступными для растений соединениями элементов питания

Окончание табл. 1.16

Также установлено, что уровень урожайности и эффективность удобрений находятся в тесной зависимости от запасов в почвах элементов питания перед севом зерновых культур (рис. 1.8; 1.9, табл. 1.17; 1.18). Для формирования урожайности ячменя 50-60 ц/га необходимый запас в почве перед севом культур составляет: N_MI1H - 180-240; Р_?О₅ - 170-220 и К₂О - 800-1000 кг/га. Поэтому на почвах различной обеспеченности элементами питания дозы удобрений должны различаться, быть дифференцированными. Применение же усредненных доз в ряде случаев приводит к недостаточному или избыточному питанию растений, нарушению физиологической сбалансированности между элементами, усилению повреждения болезнями и полеганию посевов, снижению их продуктивности и качества (продовольственные, кормовые, посевные) зерна, повышению себестоимости продукции.

Зерновые культуры потребляют элементы питания из почвы в течение длительного времени - от появления 3-го листа и до фазы молочно-восковой спелости. Приведенные выше на рис. 1.3 данные показывают, что поглощение элементов, особенно азота, по фазам развития растений проходит крайне неравномерно. До начала фазы кущения растения поглощают из почвы незначительное количество азота, от кущения до конца колошения - наибольшее (70— 75 % от максимального выноса), а затем потребность растений в азоте снова снижается. В связи с неравномерным поступлением азота в растения при внесении всей дозы азота удобрений до посева невозможно удовлетворить изменяющиеся потребности растений в течение вегетации. В то же время внесение всей дозы азота в один прием перед посевом приводит к потере азота (25-50 %) в виде нитратов и газообразных соединений, а также к усилению минерализации органического вещества почвы. Урожайность зерновых культур, полученная при внесении всей дозы азота в один прием, составляет лишь часть той, которая могла бы сформироваться при внесении удобрений в несколько сроков: основное и в подкормки с учетом биологической потребности и корректировке доз с учетом данных почвенной и растительной диагностики на азот.

Рис. 1.8. Зависимость уровня урожайности, прибавки ячменя и окупаемости азота удобрений от содержания минерального азота в почве

Рис. 1.9. Зависимость уровня урожайности, прибавки ячменя и окупаемости фосфорных удобрений от содержания фосфатов в почве

Таблица 1.17. Статистические модели зависимости урожайности ячменя и эффективности удобрений от содержания элементов питания в почве

Таблица 1.18. Статистические модели зависимости урожайности озимого тритикале и эффективности удобрений от содержания элементов питания в почве

Поэтому для получения высокой урожайности и эффективного использования азотных удобрений они должны применяться дробно по этапам органогенеза растений (см. рис. 1.4). Наиболее эффективно азотную подкормку следует проводить в комплексе с применением физиологически активных веществ, ретардантов, микроудобрений и пестицидов.